甲醇合成工艺设计
CO+3H2→CH4+ H2O+115.69 kJ/kmol
4CO+8H2→C4H9OH+3H2O+49.62 kJ/kmol------------(A) CO+H2→CO +H2O-42.92 kJ/kmol
除（A）外，副反应的发生，都增大了CO的消耗量，降低了产率，故应尽量减少副反应。 反应热力学
一氧化碳加氢合成甲醇的反应式为 CO+2H2?CH3OH(g)
这是一个可逆放热反应，热效应?H?298K???90.8KJ/mol。 当合成气中有CO2时，也可合成甲醇。 CO2 + 3H2 ? CH3OH(g) + H2O
这也是一个可逆放热反应，热效应?H?298K???58.6KJ/mol 合成法反应机理
本反应采用铜基催化剂，5 MPa，250 ℃左右反应，清华大学高森泉，朱起明等认为其机理为吸附理论，反应模式为：
H2+2˙→2H˙ -----------------------------① CO+H˙→HCO˙-------------------------② HCO˙+H˙ →H2CO˙˙ H2CO˙˙+2H˙→CH3OH+3˙ CH3OH˙→ CH3OH+˙
反应为①，②控制。即吸附控制。
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内蒙古科技大学毕业设计（论文）
生产工艺及主要设备计算
工艺计算作为化工工艺设计，工艺管道，设备的选择及生产管理，工艺条件选择的主要依据，对平衡原料，产品质量，选择最佳工艺条件，确定操作控制指标，合理利用生产的废料，废气，废热都有重要作用。
2.1 甲醇生产的物料平衡计算
2.1.1 合成塔物料平衡计算
已知：年产100000吨精甲醇，每年以300个工作日计。
精甲醇中甲醇含量(wt)：99.95% 粗甲醇组成(wt)：[Lurgi低压合成工艺]
甲醇：93.89%
轻组分[以二甲醚(CH3)2O计]：0.188% 重组分[以异丁醇C4H9OH计]：0.026% 水：5.896%
100000?1000?13888.89Kg/h
300?2413888.89?99.95% 时产粗甲醇：?14785.33 Kg/h
93.89%所以：时产精甲醇：
根据粗甲醇组分，算得各组分的生成量为：
甲醇(32)： 13888. 8Kg/h 434.03kmol/h 9722.22 Nm3/h 二甲醚(46)：27.796 Kg/h 0.604 kmol/h 13.536 Nm3/h 异丁醇(74)：3.844 Kg/h 0.052 kmol/h 1.164 Nm3/h 水(18)： 871.74 Kg/h 48.43 kmol/h 1048.84 Nm3/h 合成甲醇的化学反应为：
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甲醇合成工艺设计
主反应：CO+2H2?CH3OH+102.37 KJ/mol ?? ① 副反应：2CO+4H2?(CH3)2O+H2O+200.39 KJ/mol ?? ② CO+3H2?CH4+H2O+115.69 KJ/mol ?? ③ 4CO+8H2?C4H9OH+3H2O+49.62 KJ/mol ?? ④ CO2+H2?CO+ H2O-42.92 KJ/mol ?? ⑤
生产中，测得每生产1吨粗甲醇生成甲烷7.56 Nm3,即0.34 kmol，故CH4每小时生成量为：7.56?14.78533=111.777 Nm3，即4.987 kmol/h，79.794 Kg/h。
忽略原料气带入份，根据②、③、④得反应⑤生成的水的量为：48.43-0.604-0.0520?3-4.987=42.683 kmol/h，即在CO逆变换中生成的H2O为42.683 kmol/h，即956.13 Nm3/h。
5.06 MPa，40℃时各组分在甲醇中的溶解度列表于表2-1
表2-1 5.06Mpa，40℃时气体在甲醇中的溶解度
组分 溶解度 Nm3/t甲醇 Nm3/h H2 0 0 CO 0.682 1.008 CO2 3.416 5.501 N2 0.341 0.504 Ar 0.358 0.529 CH4 0.682 1.008 《甲醇生产技术及进展》华东工学院出版社.1990
据测定：35 ℃时液态甲醇中释放CO、CO2、H2等混合气中每立方米含37.14 g甲醇，假定溶解气全部释放，则甲醇扩散损失为：
(1.008+5.501+0.504+0.529+1.008)?即0.0099kmol/h，0.223 Nm3/h。
根据以上计算，则粗甲醇生产消耗量及生产量及组成列表2-2。
表2-2 甲醇生产消耗和生成物量及组成
消耗 方式 单 位 CO 消耗物料量 H2 CO2 N2 CH4 生成物料量 CH3OH C4H9OH (CH3)2O H2O 消耗 合计 生成 37.14= 0.318 kg/h 1000 18
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①式 ②式 ③式 ④式 ⑤式 气体溶解 扩散损失 合计 消耗组成 生成质量 生kmol Nm3 kmol Nm3 kmol Nm3 kmol Nm3 kmol Nm3 Nm3 434.03 9722.22 1.208 27.06 4.987 111.777 0.208 4.659 <42.683> <956.13> 1.008 868.06 19444.44 2.416 54.12 9.974 223.554 0.416 9.318 42.683 956.13 0 42.683 956.13 5.051 0.504 4.987 111.777 1.008 434.03 9722.22 0.604 13.536 0.604 13.536 4.987 111.777 0.156 3.494 42.683 956.13 29166.66 81.18 335.331 13.977 956.13 7.571 9722.22 27.07 223.554 4.658 956.13 0.052 1.164 Nm3 0.211 0 0.422 <0.211> 0.633 0.211 Nm3 18664.45 40194.86 961.603 0.504 110.769 19444.39 2.322 27.06 1101.933 59821.42 20686.502 %(v) 31.2 67.191 1.607 0.0008 kg 27751.34 7.70 55.56 873.70 28688.3 %(wt) 93.89 0.026 0.188 5.896 100 19
甲醇合成工艺设计
成组成
设新鲜气量为G新鲜气,驰放气为新鲜气的9%[1]。
表2-3 驰放气组成
组分 Mol% H2 79.31 CO 6.29 CO2 3.50 CH4 4.79 N2 3.19 Ar 2.30 CH3OH 0.61 H2O 0.01 《甲醇生产技术及进展》华东工学院出版社.1990
G新鲜气＝G消耗气+G驰放气=G消耗气+0.09 G新鲜气=59821.42+0.09 G新鲜气 所以：G新鲜气＝65737.82 Nm3/h 新鲜气组成见表2-4
表2-4 甲醇合成新鲜气组成
组分 Nm3 组成67.692 mol% 29.159 3.144 0.005 100 H2 44499.25 CO 19168.45 CO2 2047.08 N2 3.29 总计 65737.82
测得：甲醇合成塔出塔气中含甲醇7.12%。根椐表2-2、表2-4，设出塔气量为G
出塔
。又知醇后气中含醇0.61%。
19444.18?0.61%G醇后 =7.12%
G出塔所以：
G醇后=G新鲜-(G醇＋G副＋G扩)+GCH4= 65737.82-59821.42+112.785
=6029.185 Nm3/h
所以：G出塔＝272460.95Nm3/h
G循环气= G出塔-G醇后-G生成+GCH4-G溶解=272460.95-6029.185-20686.502+112.785-7.571 =245850.477Nm3/h
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